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技術 ステアバイワイヤ式操舵装置

出願人 NTN株式会社
発明者 山本哲也後藤知美友田香織
出願日 2010年8月25日 (8年11ヶ月経過) 出願番号 2010-187805
公開日 2012年3月8日 (7年5ヶ月経過) 公開番号 2012-045989
状態 特許登録済
技術分野 パワーステアリング装置 パワーステアリング機構
主要キーワード 固定継手 当接構造 同芯状態 操舵リンク機構 球面ブッシュ 固定ギア 固定ギヤ 車内スペース
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年3月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

ステアバイワイヤ方式操舵装置を構成する転舵装置を車両のホイールハウス内に収まる程度にコンパクトに構成する。

解決手段

操舵入力装置機械的に分離された転舵装置13が設けられ、操舵入力装置からの入力信号に基づき前記転舵装置13を制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵装置13が操舵輪14のナックル21にギヤケ−ス36を介して固定された転舵モータ15と、アッパーアーム22に固定された転舵軸20と、その転舵軸20に固定されたウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合ったウォームギヤと、これらのギヤ収納されたギヤケース36とからなり、前記転舵モータ15によって前記ウォームギヤが駆動され、前記ウォームホイールはギヤケース36に対してフリーであるとともに前記ウォームギヤはギヤケース36に支持され、かつそのギヤケース36が前記ナックル21に固定された構成とした。

概要

背景

ステアバイワイヤ式操舵装置は、一般に、操舵入力装置と、その操舵入力装置から機械的に分離された転舵装置と、前記操舵装置からの入力に基づき前記転舵装置を制御する制御装置とによって構成される。

前記の転舵装置として、操舵アクチュエータとしてのモータからボールねじ機構を駆動することによって、操舵リンク機構タイロッドを経てナックルアームを押し引きし、操舵輪操舵角を与える構成が知られている(特許文献1)。

概要

ステアバイワイヤ方式の操舵装置を構成する転舵装置を車両のホイールハウス内に収まる程度にコンパクトに構成する。操舵入力装置と機械的に分離された転舵装置13が設けられ、操舵入力装置からの入力信号に基づき前記転舵装置13を制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵装置13が操舵輪14のナックル21にギヤケ−ス36を介して固定された転舵モータ15と、アッパーアーム22に固定された転舵軸20と、その転舵軸20に固定されたウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合ったウォームギヤと、これらのギヤ収納されたギヤケース36とからなり、前記転舵モータ15によって前記ウォームギヤが駆動され、前記ウォームホイールはギヤケース36に対してフリーであるとともに前記ウォームギヤはギヤケース36に支持され、かつそのギヤケース36が前記ナックル21に固定された構成とした。

目的

この発明の第一の課題は、ステアバイワイヤ方式の操舵装置における転舵装置をホイールハウス内に収まる程度に、できるだけコンパクトに構成することにある

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

操舵入力装置と、その操舵入力装置から機械的に分離された転舵装置と、前記操舵入力装置からの入力信号に基づき前記転舵装置を制御する制御装置とによって構成されたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵装置が操舵輪ナックル又はこれと固定された部材からなる操舵輪連結部材に固定された転舵アクチュエータと、サスペンションアッパーアームに固定された転舵軸と、その転舵軸を中心軸としてその転舵軸に固定された固定ギヤと、前記固定ギヤに噛み合ってその外周を移動するピニオンギヤと、これらのギヤ収納されたギヤケースとからなり、前記転舵アクチュエータの駆動軸が前記ピニオンギヤに連結され、前記固定ギヤはギヤケースに対してフリーであるとともに前記ピニオンギヤはギヤケースに支持され、かつ前記ギヤケースが前記操舵輪連結部材に固定されたことを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項2

前記転舵軸の途中に自在継手を介在したことを特徴とする請求項1に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項3

前記自在継手が等速自在継手であることを特徴とする請求項2に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項4

前記転舵アクチュエータがモータであることを特徴とする1から3のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項5

前記固定ギヤが、ウォームホイール平歯車はすば歯車かさ歯車のいずれかであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項6

前記操舵輪連結部材に、前記ナックルに固定されたインホイールモータハウジングが含まれることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項7

前記転舵輪の自由端部が、前記操舵輪連結部材に設けられた凹部に軸受部材を介して挿入され、前記操舵輪連結部材が前記操舵輪とともに前記転舵軸に対して回転自在に当接していることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項8

前記軸受部材が、スラスト軸受であることを特徴とする請求項7に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項9

前記軸受部材が、ボールジョイントであることを特徴とする請求項7に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項10

前記軸受部材が、スラスト球面ブッシュであることを特徴とする請求項7に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項11

前記軸受部材が、摺動部材であることを特徴とする請求項7に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項12

前記転舵アクチュエータの駆動軸とピニオンギヤの間に逆入力遮断手段が介在されたことを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項13

前記逆入力遮断手段が、逆入力遮断クラッチであることを特徴とする請求項12に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項14

前記逆入力遮断手段が、前記固定ギヤをウォームホイール、前記ピニオンギヤをウォームギヤによって構成されたことを特徴とする請求項12に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項15

前記転舵アクチュエータの駆動力が前記ピニオンギヤに対し減速手段を介して伝達されることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項16

前記減速手段が、前記逆入力遮断手段を構成するウォームギヤとウォームホイールと兼用されたことを特徴とする請求項15に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項17

前記減速手段が、ハーモニックドライブ減速機サイクロイド減速機等の低バックラッシュ減速機であることを特徴とする請求項15又は16に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

請求項18

請求項1から17のいずれかに記載のステアバイワイヤ式操舵装置を備えたことを特徴とする車両。

請求項19

前記サスペンションの形式が、ダブルウィッシュボーン形式であることを特徴とする請求項18に記載のステアバイワイヤ式操舵装置を備えた車両。

技術分野

0001

この発明は、ステアバイワイヤ式操舵装置及びその操舵装置を備えた車両に関するものである。

背景技術

0002

ステアバイワイヤ式操舵装置は、一般に、操舵入力装置と、その操舵入力装置から機械的に分離された転舵装置と、前記操舵装置からの入力に基づき前記転舵装置を制御する制御装置とによって構成される。

0003

前記の転舵装置として、操舵アクチュエータとしてのモータからボールねじ機構を駆動することによって、操舵リンク機構タイロッドを経てナックルアームを押し引きし、操舵輪操舵角を与える構成が知られている(特許文献1)。

先行技術

0004

特開2007−326459号公報

発明が解決しようとする課題

0005

前記した従来の転舵装置は、ボールねじ機構及び操舵リンク機構が操舵輪の車軸方向に配列されるため、車軸方向のスペースを確保することが必要となる。しかし、電気自動車においては、ガソリン車エンジンルームに相当する部分にはバッテリインバータ等を搭載するため、車内スペースを少しでも広く確保する必要があるため、前記従来の転舵装置ではこのような要求に応えることができない。

0006

そこで、この発明の第一の課題は、ステアバイワイヤ方式の操舵装置における転舵装置をホイールハウス内に収まる程度に、できるだけコンパクトに構成することにある。

0007

また、前記のようにボールねじ機構を用いた転舵装置においては、操舵輪側からの逆入力時にモータが負荷側から回転されることがあるため、これを防止すべく、常時モータを制御しなければならず、電力消費をもたらし、また逆入力防止機構が必要になるなどの問題がある。

0008

そこで、この発明の第二の課題は、逆入力を効果的に防止できるようにすることにある。

課題を解決するための手段

0009

前記の第一の課題を解決するために、この発明に係るステアバイワイヤ式操舵装置は、操舵入力装置と、その操舵入力装置から機械的に分離された転舵装置と、前記操舵入力装置からの入力信号に基づき前記転舵装置を制御する制御装置とによって構成されたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵装置が操舵輪のナックル又はこれと固定された部材からなる操舵輪連結部材に固定された転舵アクチュエータと、サスペンションアッパーアームに固定された転舵軸と、その転舵軸を中心軸としてその転舵軸に固定された固定ギヤと、前記固定ギヤに噛み合ってその外周を移動するピニオンギヤと、これらのギヤ収納されたギヤケースとからなり、前記転舵アクチュエータの駆動軸が前記ピニオンギヤに連結され、前記固定ギヤはギヤケースに対してフリーであるとともに前記ピニオンギヤはギヤケースに支持され、かつ前記ギヤケースが前記操舵輪連結部材に固定された構成としたものである。

0010

前記構成のステアバイワイヤ式操舵装置における転舵装置は、固定ギヤが転舵軸に固定される一方、ギヤケースに対してはフリーであり、その固定ギヤと噛み合ったピニオンギヤはギヤケースに支持され、そのギヤケースが転舵アクチュエータとともに操舵輪連結部材に固定されている。このため、ピニオンギヤは固定ギヤ側からの反力を受けて固定ギヤの周り一定角度回転する。操舵輪は、操舵輪連結部材を介してピニオンギヤ、ギヤケース、転舵アクチュエータと一体に転舵軸の周りを一定角度回転して一定の操舵角をとる。

0011

前記の第二の課題を解決するために、この発明に係るステアバイワイヤ式操舵装置は、前記固定ギヤがウォームホイール、前記ピニオンギヤがウォームギヤである構成をとるようにしたものである。

発明の効果

0012

以上のように、この発明に係るステアバイワイヤ式操舵装置は、その装置を構成する転舵装置が、転舵アクチュエータ、転舵軸、固定ギア、ピニオンギヤ、ギヤケース、必要によって等速自在継手によって構成されるものであるからコンパクトであり、車両のホイールハウス内に収納することができる。

0013

また、前記の固定ギヤとピニオンギヤの組み合わせの具体的な構成として、それぞれウォームホイールとウォームギヤとの組み合わせを採用することにより、駆動力伝達経路別途減速手段や逆入力遮断手段を設ける必要がなく、コストの低減、装置のコンパクト化に資することができる。

図面の簡単な説明

0014

図1(a)は、実施形態1に係るステアバイワイア式操舵装置の概要を示すブロック図、図1(b)は、同上の転舵装置のブロック図である。
図2は、同上の転舵装置の正面図である。
図3は、図2の一部縦断拡大正面図である。
図4は、図3のX−X線の断面図である。
図5は、転舵装置の他の例を示す正面図である。
図6(a)から(d)は、転舵軸下端支持構造の諸例を示す一部省略断面図である。

実施例

0015

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態1]

0016

図1(a)(b)には、実施形態1に係るステアバイワイヤ式操舵装置の概要を示している。この装置は、図1(a)に示したように、操舵入力装置11と、制御装置12、転舵装置13及び操舵輪14によって構成される。操舵入力装置11は、車両に設けられたステアリングホイール、ジョイステックからなり、それらの作動状態転舵信号に変換して制御装置12に入力する。制御装置12は、前記転舵信号に基づき転舵装置13を制御して操舵輪14を転舵させる。

0017

前記の転舵装置13は、図1(b)に示したように、転舵モータ15、逆入力遮断手段16、減速手段17、ピニオンギヤ18及びピニオンギヤ18に噛み合った固定ギヤ19によって構成され、操舵輪14に固定されたナックル21(図2参照)に連結される。

0018

逆入力遮断手段16は、一方向クラッチ等によって構成され、車両の振動等によって固定ギヤ19が回転された場合に、そのトルクが転舵モータ15側へ伝達され、転舵モータ15を逆転させることを防止する。減速手段17は、転舵モータ15の回転速度を転舵速度まで減速するために必要に応じて設けられる。前記固定ギヤ19は、操舵輪14の転舵軸20を中心としてその軸に固定される。

0019

ピニオンギヤ18と固定ギヤ19が、ウォームギヤとウォームホイールである場合は、逆入力遮断手段16と減速手段17の両方の機能を兼備するので、他に特別な逆入力遮断手段、減速手段を必要としない。

0020

転舵軸20は車両のサスペンションに支持され、転舵装置13が操舵輪14と一体となって転舵軸20の周りを一定角度だけ回転することにより、操舵輪14に所定の操舵角が付与される。

0021

次に、図2から図6に基づき、前述のステアバイワイヤ式操舵装置を一層具体的に説明する。図2は、前記の転舵装置13を示す。操舵輪14(例えば、前輪)のホイールにナックル21が固定されている。この場合の車両のサスペンションの形式は、ダブルウィッシュボーン形式であり、そのアッパーアーム22の先端に、一定の傾斜角をもって転舵軸20の上端が固定される。転舵軸20の途中に自在継手、図示の場合は等速自在継手23が介在され、転舵軸20の下端(自由端)は、ナックル21に設けられた凹部24(図3参照)にスラスト軸受25を介して挿入される。

0022

前記転舵軸20の下端から延びた延長線とナックル21との交点において(図2参照)、前記サスペンションのロアアーム26がボールジョイント27を介してナックル21と連結される。

0023

前記の等速自在継手23は、図3に示したように、内側継手部材28のセンターに連結された内側継手部材軸29と、外側継手部材31のセンターに連結された外側継手部材軸32を有する。前記両軸29、32は同芯状態に配置され、両方合わせて前述の転舵軸20が構成される。

0024

内側継手部材軸29は、その上端の固定継手30がアッパーアーム22に固定される(図2参照)。また、外側継手部材軸32の下端部は、ナックル21の凹部24に挿入される。車体が傾いた場合、車体と一体にサスペンションのアッパーアーム22及びそのアッパーアーム22に固定された内側継手部材軸29が傾斜するが、等速自在継手23の作用によって、外側継手部材軸32の傾きは最小限に抑えられ、車体の傾きの影響が吸収される。
前記の機能を発揮するために、等速自在継手23の内部のガタツキはできるだけ小さいことが望ましい。

0025

前記の外側継手部材軸32の中程に、前記固定ギヤ19の一例であるウォームホイール33が挿通固定される。ウォームホイール33は、ギヤケース36に収納され、そのギヤケース36は、外側継手部材軸32に軸受34、35を介して回転自在に取り付けられる。

0026

前記のピニオンギヤ18の一例であるウォームギヤ37も前記ギヤケース36に収納され、その両端軸部46、46が軸受38、39(図4参照)によってギヤケース36に回転自在に支持される。

0027

前記ギヤケース36の一部に前記の転舵モータ15が固定され、その駆動軸47がカップリング48を介して前記ウォームギヤ37に連結される。前記ギヤケース36は、ブラケット41を介してナックル21に固定される。転舵モータ15は、ギヤケース36を介してナックル21に間接的に固定されることになる。ナックル21及びこれに固定されたギヤケース36のように、操舵輪14に連結固定された部材を操舵輪連結部材50と呼ぶ。

0028

以上の構成からなる転舵装置13は、図2に示したように、車両のフェンダー49の内側、いわゆるホイールハウス内に収まる程度のコンパクトに構成される。

0029

図5に示したように、ナックル21にIWM(インホイールモータ)42が固定される車両の場合は、前記のギヤケース36をブラケット41の介在によってIWM42のハウジングに固定するようにしてもよい。この場合、IWM42のハウジングが前記の操舵輪連結部材50である。

0030

前記のウォームホイール33とウォームギヤ37の組み合わせによると、ウォームホイール33側からの逆入力の遮断機能及び減速機能具備するので、前記の減速手段17及び逆入力遮断手段16を別途設ける必要はない。これらのギヤに代えて、前記の固定ギヤ19、ピニオンギヤ18として平ギヤ、はすばギヤ、かさギヤを用いた場合は、前記の機能を補うため、別途、減速機及び逆入力遮断クラッチの採用を検討する。減速機として、低バックラッシュ機能のある減速機、例えば、ハーモニックドライブ減速機サイクロイド減速機を使用することができる。

0031

なお、ピニオンギヤ18と固定ギヤ19の減速比が相対的に大きい場合は、転舵モータ15は高速低トルクタイプの小形のモータを使用することができる。

0032

前記の外側継手部材軸32の下端部、即ち、外側継手部材軸32の下端部の当接構造の他の例を図6(a)から(d)に基づいて説明する。

0033

前記外側継手部材軸32の下端をナックル21に設けた凹部24にスラスト軸受25を介して当接させる構造の諸例を図6(a)から(d)に示す。これら図では、凹部24をナックル21に設けた場合について示しているが、凹部24はナックル21に限らず、他の操舵輪連結部材50に設けることができる。

0034

図6(a)は、凹部24にスラストニードル軸受25a介在した例、同(b)は、外側継手部材軸32の下端にボールジョイント43を設けた例、同(c)は、球面ブッシュ44を介在した例、同(d)は摺動部材45を介在した例を示す。摺動部材45としては、銅、銅系金属焼結金属表面改質された部材(無電解NiにPTFE等の摺動材を分散させたもの、DLC膜を形成したもの等)、固体潤滑材二硫化モリブデングラファイト、PTFE)が分散された樹脂部材強化繊維炭素繊維ガラス繊維)又はウィスカが分散された樹脂部材等がある。

0035

実施形態1のステアバイワイヤ式操舵装置及びこれを用いた車両は以上のような構成であり、次にその操舵作用について説明する。

0036

操舵入力装置11から入力された転舵信号に基づき制御装置12を経て転舵装置13の転舵モータ15が駆動されると、図2から図4に示したウォームギヤ37が駆動される。ウォームギヤ37は、これと噛み合ったウォームホイール33、ウォームホイール33が固定された転舵軸20、転舵軸20が固定されたアッパーアーム等のサスペンションを経て車体からの反力を受け、ウォームギヤ37とそのウォームギヤ37を支持するギヤケース36、転舵モータ15、ナックル21及び操舵輪14が一体となって転舵軸20の周りに一定角度回転し、操舵輪14に操舵角を付与する。

0037

前記の作用において、転舵モータ15の回転速度は、ウォームギヤ37及びウォームホイール33の部分において所望の転舵速度に減速される。また、操舵輪14が振動したり、転舵軸20の周りにトルクが作用したりすることによって、転舵軸20に逆入力トルクが加えられることがあっても、前記ウォームギヤ37とウォームホイール33の性質上、逆入力トルクの伝達は遮断され、転舵モータ15にまで伝達することが避けられる。

0038

これらの機能を持たないギヤの組み合わせの場合は、別途、減速機及び逆入力遮断クラッチを転舵モータ15とピニオンギヤ18との間に設ける必要がある(図1(b)参照)。

0039

11操舵入力装置
12制御装置
13転舵装置
14操舵輪
15転舵モータ
16 逆入力遮断手段
17減速手段
18ピニオンギヤ
19固定ギヤ
20転舵軸
21ナックル
22アッパーアーム
23等速自在継手
24 凹部
25スラスト軸受
25aスラストニードル軸受
26ロアアーム
27ボールジョイント
28内側継手部材
29 内側継手部材軸
30固定継手
31外側継手部材
32 外側継手部材軸
33ウォームホイール
34軸受
35 軸受
36ギヤケース
37ウォームギヤ
38 軸受
39 軸受
41ブラケット
42 IWM
43 ボールジョイント
44球面ブッシュ
45摺動部材
46 軸部
47駆動軸
48カップリング
49フェンダー
50 操舵輪連結部材

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